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Toxicologie nucléaire environnementale et humaine
3.
Effet de la spéciation chimique
sur la biodisponibilité : exemples illustrant
la spéciation
On définit la biodisponibilité comme le degré avec lequel un élément, dans
une source potentielle, est assimilé par un organisme (Newman et Jagoe, 1994;
O’Donnel et al., 1985). La connaissance de la biodisponibilité d’éléments toxiques tels que les radionucléides dans un milieu donné est donc primordiale poui
estimer l’exposition des organismes à ceux-ci et par conséquent leurs effets
biologiques. Depuis une trentaine d’années, il est admis que la concentration
totale d’un élément chimique dans le milieu d’exposition (eaux de surface, sols...)
ne permet pas de prédire de façon adéquate sa biodisponibilité (Van Leeuwen
et Kôster, 2004). De nombreuses approches, des plus opérationnelles aux plus
mécanistiques, ont été proposées pour relier la spéciation chimique modélisée ou
mesurée des éléments traces (principalement métalliques) à la biodisponibilité
et aux effets biologiques qui en résultent (Paquin et al., 2002). Ces approches
sont principalement basées sur des calculs théoriques de spéciation à l’équilibre
thermodynamique. Dans des milieux plus complexes, d’autres techniques chromatographiques, comme la DGT (Diffusive Gradient in Thin film) permettent
de séparer les complexes suivant leur labilité mais ne permettent pas de les
caractériser directement. Un lien entre la mesure DGT et la biodisponibilité a pu
être établi pour des métaux comme le cuivre dans certaines situations (TusseauVuillemin et al., 2004), mais nécessitent d’avoir une grande connaissance
des ligands présents dans le milieu ou de travailler en relatif par rapport à un
complexe de référence connu.
Pour interagir avec un organisme, un élément trace doit dans un premier
temps être transféré du milieu extérieur vers les sites d’internalisation situés
à la surface des organismes. Des modèles de transfert basés sur des principes
thermodynamiques ont été proposés (Campbell, 1995), un des plus utilisés étant
celui de l’activité de l’ion libre (Morel, 1983). Ce modèle, FI AM, pour « Free Ion
Activity Model », illustré par la figure 5, est basé sur un grand nombre d’observations montrant l’importance de la concentration de l’ion métallique libre Mn+ : il
repose sur le concept d’une liaison réversible du métal avec un site de transport de
surface, moyennant entre autres hypothèses que l’internalisation est l’étape limitante.
Dans la solution homogène, l’ion libre (Mn+) est en équilibre avec un nombre i
de ligands L pour former les complexes MLj selon des constantes d’équilibre K?
Après diffusion vers la membrane plasmique de l’organisme (coefficient de diffusion D), 1 ion libre Mn et les complexes MLj interagissent avec le site de transport
membranaire (R) ou des sites de surface biologiquement non actifs (A) selon leurs
constantes de formation k^ et de dissociation kd. La cinétique d’internalisation
(^int) est l’étape cinétiquement limitante.
Une modification du Fl AM a permis d’inclure la compétition des métaux traces
avec les autres cations pour la complexation aux sites de surface des cellules (ex. :
Toxicologie nucléaire environnementale et humaine
3.
Effet de la spéciation chimique
sur la biodisponibilité : exemples illustrant
la spéciation
On définit la biodisponibilité comme le degré avec lequel un élément, dans
une source potentielle, est assimilé par un organisme (Newman et Jagoe, 1994;
O’Donnel et al., 1985). La connaissance de la biodisponibilité d’éléments toxiques tels que les radionucléides dans un milieu donné est donc primordiale poui
estimer l’exposition des organismes à ceux-ci et par conséquent leurs effets
biologiques. Depuis une trentaine d’années, il est admis que la concentration
totale d’un élément chimique dans le milieu d’exposition (eaux de surface, sols...)
ne permet pas de prédire de façon adéquate sa biodisponibilité (Van Leeuwen
et Kôster, 2004). De nombreuses approches, des plus opérationnelles aux plus
mécanistiques, ont été proposées pour relier la spéciation chimique modélisée ou
mesurée des éléments traces (principalement métalliques) à la biodisponibilité
et aux effets biologiques qui en résultent (Paquin et al., 2002). Ces approches
sont principalement basées sur des calculs théoriques de spéciation à l’équilibre
thermodynamique. Dans des milieux plus complexes, d’autres techniques chromatographiques, comme la DGT (Diffusive Gradient in Thin film) permettent
de séparer les complexes suivant leur labilité mais ne permettent pas de les
caractériser directement. Un lien entre la mesure DGT et la biodisponibilité a pu
être établi pour des métaux comme le cuivre dans certaines situations (TusseauVuillemin et al., 2004), mais nécessitent d’avoir une grande connaissance
des ligands présents dans le milieu ou de travailler en relatif par rapport à un
complexe de référence connu.
Pour interagir avec un organisme, un élément trace doit dans un premier
temps être transféré du milieu extérieur vers les sites d’internalisation situés
à la surface des organismes. Des modèles de transfert basés sur des principes
thermodynamiques ont été proposés (Campbell, 1995), un des plus utilisés étant
celui de l’activité de l’ion libre (Morel, 1983). Ce modèle, FI AM, pour « Free Ion
Activity Model », illustré par la figure 5, est basé sur un grand nombre d’observations montrant l’importance de la concentration de l’ion métallique libre Mn+ : il
repose sur le concept d’une liaison réversible du métal avec un site de transport de
surface, moyennant entre autres hypothèses que l’internalisation est l’étape limitante.
Dans la solution homogène, l’ion libre (Mn+) est en équilibre avec un nombre i
de ligands L pour former les complexes MLj selon des constantes d’équilibre K?
Après diffusion vers la membrane plasmique de l’organisme (coefficient de diffusion D), 1 ion libre Mn et les complexes MLj interagissent avec le site de transport
membranaire (R) ou des sites de surface biologiquement non actifs (A) selon leurs
constantes de formation k^ et de dissociation kd. La cinétique d’internalisation
(^int) est l’étape cinétiquement limitante.
Une modification du Fl AM a permis d’inclure la compétition des métaux traces
avec les autres cations pour la complexation aux sites de surface des cellules (ex. :